Dalam proses manufaktur semikonduktor pengemasan wafer yang presisi dan kompleks, tekanan termal bagaikan "penghancur" yang tersembunyi di kegelapan, terus-menerus mengancam kualitas pengemasan dan kinerja chip. Dari perbedaan koefisien ekspansi termal antara chip dan material pengemasan hingga perubahan suhu yang drastis selama proses pengemasan, jalur pembangkitan tekanan termal beragam, tetapi semuanya mengarah pada penurunan tingkat hasil dan memengaruhi keandalan chip dalam jangka panjang. Basis granit, dengan sifat materialnya yang unik, diam-diam menjadi "penolong" yang ampuh dalam mengatasi masalah tekanan termal.
Dilema tekanan termal dalam pengemasan wafer
Pengemasan wafer melibatkan kerja sama berbagai material. Chip biasanya terbuat dari material semikonduktor seperti silikon, sementara material pengemasan seperti material pengemasan plastik dan substrat memiliki kualitas yang bervariasi. Ketika suhu berubah selama proses pengemasan, tingkat ekspansi dan kontraksi termal setiap material sangat bervariasi karena perbedaan koefisien ekspansi termal (CTE) yang signifikan. Misalnya, koefisien ekspansi termal chip silikon sekitar 2,6×10⁻⁶/℃, sementara koefisien ekspansi termal material cetakan resin epoksi umum mencapai 15-20 ×10⁻⁶/℃. Kesenjangan yang besar ini menyebabkan tingkat penyusutan chip dan material pengemasan menjadi tidak sinkron selama tahap pendinginan setelah pengemasan, sehingga menghasilkan tegangan termal yang kuat pada antarmuka keduanya. Di bawah pengaruh tegangan termal yang terus-menerus, wafer dapat melengkung dan berubah bentuk. Dalam kasus yang parah, hal ini bahkan dapat menyebabkan cacat fatal seperti retakan chip, fraktur sambungan solder, dan delaminasi antarmuka, yang mengakibatkan kerusakan pada kinerja listrik chip dan pengurangan signifikan dalam masa pakainya. Menurut statistik industri, tingkat kerusakan kemasan wafer yang disebabkan oleh masalah tekanan termal dapat mencapai 10% hingga 15%, menjadi faktor kunci yang menghambat pengembangan industri semikonduktor yang efisien dan berkualitas tinggi.
Keunggulan karakteristik dasar granit
Koefisien muai panas rendah: Granit sebagian besar tersusun dari kristal mineral seperti kuarsa dan feldspar, dan koefisien muai panasnya sangat rendah, umumnya berkisar antara 0,6 hingga 5×10⁻⁶/℃, yang mendekati koefisien muai panas kepingan silikon. Karakteristik ini memungkinkan selama pengoperasian peralatan pengemasan wafer, bahkan ketika terjadi fluktuasi suhu, perbedaan muai panas antara alas granit dan bahan kepingan serta pengemasan dapat dikurangi secara signifikan. Misalnya, ketika suhu berubah sebesar 10℃, variasi ukuran platform pengemasan yang dibangun di atas alas granit dapat dikurangi lebih dari 80% dibandingkan dengan alas logam tradisional, yang sangat mengurangi tekanan termal akibat muai panas dan kontraksi termal yang tidak sinkron, serta menyediakan lingkungan penyangga yang lebih stabil bagi wafer.
Stabilitas termal yang sangat baik: Granit memiliki stabilitas termal yang luar biasa. Struktur internalnya padat, dan kristal-kristalnya terikat erat melalui ikatan ionik dan kovalen, memungkinkan konduksi panas yang lambat di dalamnya. Ketika peralatan pengemasan mengalami siklus suhu yang kompleks, dasar granit dapat secara efektif menekan pengaruh perubahan suhu pada dirinya sendiri dan mempertahankan medan suhu yang stabil. Eksperimen terkait menunjukkan bahwa pada laju perubahan suhu umum peralatan pengemasan (misalnya ±5℃ per menit), deviasi keseragaman suhu permukaan dasar granit dapat dikontrol dalam ±0,1℃, menghindari fenomena konsentrasi tegangan termal yang disebabkan oleh perbedaan suhu lokal, memastikan wafer berada dalam lingkungan termal yang seragam dan stabil selama proses pengemasan, dan mengurangi sumber tegangan termal.
Kekakuan tinggi dan peredam getaran: Selama pengoperasian peralatan pengemasan wafer, komponen mekanis yang bergerak di dalamnya (seperti motor, perangkat transmisi, dll.) akan menghasilkan getaran. Jika getaran ini ditransmisikan ke wafer, mereka akan mengintensifkan kerusakan yang disebabkan oleh tekanan termal pada wafer. Basis granit memiliki kekakuan tinggi dan kekerasan yang lebih tinggi daripada banyak bahan logam, yang secara efektif dapat menahan gangguan getaran eksternal. Sementara itu, struktur internalnya yang unik memberinya kinerja peredam getaran yang sangat baik dan memungkinkannya untuk menghilangkan energi getaran dengan cepat. Data penelitian menunjukkan bahwa alas granit dapat mengurangi getaran frekuensi tinggi (100-1000Hz) yang dihasilkan oleh pengoperasian peralatan pengemasan sebesar 60% hingga 80%, secara signifikan mengurangi efek kopling getaran dan tekanan termal, dan selanjutnya memastikan presisi tinggi dan keandalan yang tinggi dari pengemasan wafer.
Efek aplikasi praktis
Lini produksi pengemasan wafer dari sebuah perusahaan manufaktur semikonduktor ternama telah mencapai prestasi luar biasa setelah memperkenalkan peralatan pengemasan berbahan granit. Berdasarkan analisis data inspeksi 10.000 wafer setelah pengemasan, sebelum menggunakan berbahan granit, tingkat cacat deformasi wafer akibat tekanan termal adalah 12%. Namun, setelah beralih ke berbahan granit, tingkat cacat menurun tajam hingga 3%, dan tingkat hasil produksi meningkat secara signifikan. Lebih lanjut, uji keandalan jangka panjang menunjukkan bahwa setelah 1.000 siklus suhu tinggi (125℃) dan suhu rendah (-55℃), jumlah kegagalan sambungan solder chip berbahan granit telah berkurang 70% dibandingkan dengan kemasan berbahan tradisional, dan stabilitas kinerja chip telah meningkat pesat.
Seiring kemajuan teknologi semikonduktor menuju presisi yang lebih tinggi dan ukuran yang lebih kecil, persyaratan untuk pengendalian tekanan termal dalam kemasan wafer menjadi semakin ketat. Basis granit, dengan keunggulan komprehensifnya dalam hal koefisien ekspansi termal yang rendah, stabilitas termal, dan pengurangan getaran, telah menjadi pilihan utama untuk meningkatkan kualitas kemasan wafer dan mengurangi dampak tekanan termal. Basis granit memainkan peran yang semakin penting dalam memastikan pembangunan berkelanjutan industri semikonduktor.
Waktu posting: 15 Mei 2025